曾蓉 翟月英 何一芥

【摘要】 無線電能傳輸（Wireless Power Transmission）是借助于電磁場或電磁波進行能量傳遞的一種技術。本論文主要利用線圈共振原理實現無線電能傳輸，由電生磁和磁生電兩部分組成，實現了能量的最大化傳輸，高效率，以及長距離。

【關鍵詞】 無線 電能傳輸 線圈共振

無線電能傳輸是利用一種特殊設備將電能轉變?yōu)榭蔁o限傳播的能量，在接收端又將此能量轉變回電能，從而達到對用電器的無線供電。根據電能傳輸原理，目前無線電能傳輸分為：電磁感應式，電磁共振式，電磁輻射式。本文討論電磁共振式的原理，采用兩個完全相同的8匝直徑為2mm銅芯線圈充當共振器，一個線圈與電源相連作為發(fā)射器；另一個與LED燈相連，充當接收器，在保持LED燈不滅的條件下，發(fā)射線圈與接收線圈間距離最大可到54cm，效率達50.1%。

一、無線電能傳輸組成

本系統(tǒng)為無線電能傳輸也叫非接觸輸電技術，是基于線圈的電磁感應原理?？傮w由驅動電路、LC諧振電路、整流電路、濾波電路等組成如圖1。

1.1 LC并聯(lián)諧振原理

把一個電容C和電感L以并聯(lián)的形式接入電路，LC并聯(lián)電路能夠起到選頻的作用?；驹硎牵琇C并聯(lián)電路對不同頻率的電流具有不同的阻抗特性，從而在回路的輸出端輸出大小不同的電壓。所謂并聯(lián)諧振即是外來信號的頻率W與LC并聯(lián)回路的固有頻率W0（與LC的值有關）相同時產生的現象。

并聯(lián)諧振回路的諧振條件：

即可得諧振回路的諧振頻率：

1.2整流濾波電路分析

整流電路主要是將正弦交流通過二極管形成整流橋，將正弦交流的下半部分也變成上半部分，高頻肖特基整流二極管1N5817適合在高頻時使用，但具有一定的導通內阻，而電路中會因為二極管的內阻（二極管內阻就相當于電源內阻）與負載分壓，導致帶負載能力下降，在電路中就多用了幾個二極管并聯(lián)的整流橋，使內阻減小，提高效率。為了達到效率最大向負載傳輸，濾波電路就只用了一個100nf的電容。

1.3傳輸效率分析

為了提高傳輸效率，使接收線圈盡可能接收發(fā)射線圈產生的磁能，根據諧振頻率計算公式：f=，當前級線圈與后級線圈產生諧振時，能量能達到最高效率的傳輸，通過調節(jié)電容和電感的大小使前級諧振電路與后級接收電路共振，從而達到最大傳輸率。

二、硬件電路設計

本設計硬件電路主要由發(fā)射電路和接收電路組成。

1、發(fā)射電路。發(fā)射電路由LC振蕩電路和發(fā)射電路組成，其中通過電阻的串聯(lián)為MOS管提供開啟電壓，以及給LC振蕩電路蕩出的正弦電壓一個直流抬壓；在LC振蕩的基礎上我們采用兩個電感值為300uH的電感進行交流和直流分割，在測試當中發(fā)現240Ω電阻發(fā)燙，根據實驗與理論分析，在交流回路中，240Ω與22KΩ并聯(lián)，所以電流分流較大。改進的措施是采用4個240Ω先串后并，達到分流效果，使流過每個電阻的電流減小，發(fā)熱減小，用4個電阻后散熱面積也變大了。LC諧振須與后級匹配，在實驗中要慢慢調試。

2、接收電路。接收端要求輸入直流電流，而接收線圈與電容諧振后得到高頻的交流電流，因此必須整流，得到直流電流。又因為電流是高頻的，器件做熱功容易損耗電能，因此需要并入六個小電容濾波，減少損耗。

該無線電能傳輸裝置的效率η： （U1為輸入電壓，U2為輸出電壓，I1為輸入電流，I2為輸出電流）

三、測試結果分析

在輸入電壓為15V， 輸入直流電流不大于1A，效率可達50.1%，負載為2只串聯(lián)的1W的LED燈，保證燈不滅條件下的收發(fā)線圈距離測試結果如表1所示：

測試結果可以看出在保持LED燈不滅的條件下，發(fā)射線圈與接收線圈間距離最大為54cm。

作者簡介：

曾蓉（1983--），女，漢族，湖北咸寧人，碩士學歷，武大珞珈學院講師，研究方向：電子信息

翟月英（1983-），女，漢族，湖北武穴人，碩士學歷，武漢大學珞珈學院講師，研究方向：電子信息

何一芥（1984--）女，漢族，湖北，碩士，武漢大學珞珈學院講師，研究方向：電信工程

參 考 文 獻

[1] 白明俠，黃昭. 無線電力傳輸的歷史發(fā)展及應用[J]. 湘南學院學報，2010

[2] 武瑛，嚴陸光. 新型無接觸電能傳輸系統(tǒng)的性能分析[J]. 電工電能新技術，2003年04期

[3] 魯曉棟，聶一雄. 無接觸電力傳輸系統(tǒng)中耦合線圈的設計[J]. 電工技術，2009年04期